水轮发电机定子、转子热态气隙变化研究

灯泡贯流式水轮发电机定子温度高及铁芯松动原因分析及对策

9 灯泡贯流式水轮发电机定子温度高及铁芯松动原因分析及对策 许诩俭 （福建华电发电有限公司 福建 福州 350003） 摘 要：福建高砂水电厂灯泡贯流式水轮发电机投运时就存在定子温度高、其后陆续出现定子铁芯松动变形、定子铁芯塌陷扫膛等问题。本文分析了出现问题的原因，制定了改造方案，实施后解决了定子运行温度高、铁芯松动变形等问题。 关键词：灯泡贯流式水轮发电机 定子运行温度高 定子铁芯松动 改造方案 1 设备状况 福建高砂水电厂共装有4台12.5MW灯泡贯流式水轮发电机组，发电机型号SFWG12.5-48/4950，额定电压6.3KV，额定转速125r/min，F级绝缘。发电机定子为贴壁结构，其通风冷却采用二次热交换方式，机座起吊方式为单吊点起吊。因水轮机出力不足，发电机出力仅达11.5MW，在此负荷运行工况下定子铁芯最高温度为115℃。 2 存在问题 4台发电机自投运时，定子均存在运行温度高、其后均陆续出现定子铁芯松动、定子塌陷扫膛等问题。期间虽经多次修复（重新叠片），但由于未对定子做结构性的改造，定子运行温度高、定子铁芯松动、定子塌陷等问题未能得到彻底解决。存在的主要问题是： （1）定子运行温度高、定子铁芯松动。改造前，高砂水电厂4台发电机在较长时间带11.5 MW时，定子运行温度即高达115℃。每次机组大小修检查，均发现定子铁芯出现比较严重的松动。为确保发电机安全运行，不得不限负荷运行（控制定子运行温度不超过100℃），采取该措施后，定子铁芯松动问题得到有效的控制。 （2）定子机座刚度较差。改造前，机座壁较薄，定子铁芯段厚度75mm、非铁芯段厚度45mm、机座法兰面厚度50mm。通过采用有限元法，运用美国ANSYS结构分析软件，对原定子机座进行起吊变形计算得出：机座上游侧径向变形量为2.02mm/m，下游侧径向变形量为1.88mm/m。现场起吊实测定子机座直径变形量（X方向与Y方向直径差）最大达18mm。 3 原因分析 针对厂家重新叠片后仍出现相同的问题，我们分析认为：定子运行温度高、定子铁芯松动变形、定子塌陷扫膛的根本原因并非是定子铁芯叠压不够紧。为此，我们邀请了省内外发电机设计专家和技术人员对存在问题的原因进行了认真分析，形成了如下共识： 3.1 定子运行温度高的原因 针对发电机投运后就存在定子运行温度高问题，我们委托第三方对原发电机电磁设计和通风冷却系统进行了复核。复核结果表明：原发电机电磁方案设计基本合理（其设计取值偏上限）。定子运行温度高的原因是发电机运行产生的热量无法合理靠机座壁散热和通风冷却系统带走。 3.2 定子铁芯松动的原因 造成定子铁芯松动的主要原因是： 3.2.1 定子运行温度偏高，定子冲片与鸽尾筋之间、铁芯与机座之间预留间隙偏小。由于定子运行温度高，定子铁芯热膨胀量大于定子冲片与鸽尾筋之间预留间隙，造成定子铁芯热膨胀后径向顶托机座壁，定子铁芯受轴向应力作用而产生曲翘变形导致铁芯松动。 3.2.2 定子铁芯压紧设计不合理。 ① 定子冲片上的穿芯螺孔中心取值不当（距齿槽底尺寸为54 mm），过于靠近铁芯外园，是定子铁芯压不紧的根本原因。 ② 定子穿芯螺杆强度不够。经过计算核实，定子冲片压紧时穿芯螺杆承受的扭矩应为540 N·m，而穿芯螺杆实际承受的扭矩只达到320 N·m，铁芯无法继续压紧，导致铁芯片间压力不足10kg/cm2。 ③ 定子齿压板固定方式不合理。原发电机定子齿压板将定子铁芯压紧后，在齿压板与机座之间均用80×35×30mm的卡簧固定且焊接，当定子受热轴向膨胀时，被齿压板、齿压条紧紧限位，导致齿压板、齿压条变形而出现铁芯松动。 ④ 齿压条的刚度不够。由于齿压条的刚度不够，定子铁芯受热膨胀时，齿压条受轴向应力作用而压弯翅曲，导致铁芯松动。 3.3 定子塌陷的原因 3.3.1 定子冲片的鸽尾槽设计不合理。原有形状为平行四边形，在实际运行中鸽尾筋仅单侧受力，相当于鸽尾筋数量减少一半。 3.3.2 定子现场叠装工艺不良。定子在叠片时产生拱片（铁芯成波浪形），导致鸽尾筋受力不均匀。在运行中,由于定子温度升高铁芯受热膨胀,膨胀的切向力将鸽尾筋发电机本体 第二届全国发电厂电气专业技术交流研讨会论文集灯泡贯流式水轮发电机定子温度高及铁芯松动原因分析及对策

１２　ＩＯ００ＭＷ水轮发电机定子绕组配套材料的研究　

刖吾　ＩＯ００ＭＷ水轮发电机定子绕组配套材料的研究　张秋寒　，徐冰　（１．哈尔滨大电机研究所，哈尔滨１５００４０；２．水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨１５００４０）　［摘要］本文介绍了几种配套绝缘材料的性能，通过试验和分析，证明其满足１０００ＭＷ水轮发电机运行的需要。　［关键词］　水轮发电机；绕组配套绝缘材料　［中图分类号】ＴｌＶｉ３０３．１　［文献标识码］Ａ　【文章编号］１０００—３９８３（２０１３）０３．００１２．０４　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｏｆ　Ｓｔａｔｏｒ　Ｗｉｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｌＯＯＯＭＷ　Ｈｙｄｒｏ—ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ＺＨＡＮＧ　Ｑｉｕｈａｎ　．ＸＶ　Ｂｉｎｇ　（１．Ｈａｒｂｉｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＬａｒｇｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００４０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｈｙｄｒｏ—ｐｏｗｅｒ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｈａｒｂｉｎ　１　５００４０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｓｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃａｎ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　１　０００ＭＷ　ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　大型发电机定子绕组在运行过程中会受到电、热、　机械应力和环境因素的影响。电应力会引起绝缘内气　隙扩大和局部放电，腐蚀绝缘；热应力会加速绝缘老　化裂解；机组运行和频繁起动会引起绕组振动，电磁　力会对绝缘产生机械应力；潮气、灰尘、油污等环境　因素也会影响绝缘性能。定子绕组配套材料在发电机　长期安全可靠运行中起着至关重要的作用。　本文对１　０００ＭＷ水轮发电机组定子绕组配套用高　强度波纹板、环氧玻璃布层压板、高强度环氧玻璃毡　层压板槽楔、半导体无纺布、半导体硅橡胶、浸胶固　定材料、绝缘盒、端箍等进行了研究，保证材料各项　技术指标满足Ｉ　Ｏ００ＭＷ水轮发电机定子绕组安全、稳　定地运行。　１定子绕组配套材料　１．１定子绕组槽部配套材料　槽内喷环氧聚酯防电晕漆【】ｊ，在绕组层间和槽楔下　分别使用半导体层压垫条，同时在槽楔下加入可产生　预应力的波纹弹簧板以加强径向固定，在绕组和铁心　之间填充室温硫化硅橡胶以改善绕组与铁心的无间隙　固定，通过主、副槽楔的配合使用，加强了槽部固定　的牢靠性。　１．１．１　层压板　高强度环氧玻璃层压板适用于大型水轮发电机定　基金项目：国家科技支撑计划项Ｈ（２００７ＢＡＡ　０５Ｂ０５）　子绕组槽部固定用绝缘槽楔、层间垫条及端部固定用　槽口垫块、间隔垫块和引线支架等。用玻璃丝毡浸渍　环氧胶模压而成的ＨＥＣ３２４８层压板可用于定子槽楔、　引线支架等，用增强型玻璃布浸渍环氧胶模压而成的　ＨＥＣ３２４０层压板可用于层间垫条、槽口垫块、间隔垫　块等。ＨＥＣ３２４８和ＨＥＣ３　２４０层压板性能指标见表１。　表１　ＨＥＣ３２４８和ＨＥＣ３２４０层压板性能　

某水电站左岸机组上导瓦温度异常变化分析

摘要：水轮发电机组上导瓦温度上升可以分为个别瓦温度升高和所有瓦温度普升两种情况。本文通过中间变量分析法，分析某左岸机组上导瓦温度周期性普升的异常现象，寻找该异常现象的根本原因，并提出了解决问题的方法。

关键词：水轮机、上导瓦、温度、中间变量

1引言

某水电站左岸装设6台巨型水轮发电机组，水轮机形式为立轴混流式，发电机形式为立轴半伞式。发电机转子上方布置上导轴承，安装于上机架内，转子下方为下导和推力组合轴承，组合轴承位于同一油槽内，安装于下机架内。

水轮发电机导瓦轴承在机组中起着重要的作用，直接承受着机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范围内稳定运行。机组在正常运行中，导瓦温度必须控制在规定范围内，瓦温一但过高，将严重限制机组出力，影响正常运行工况，严重时甚至还会导致烧瓦等严重事故【­­1】。

2问题描述

某水电站左岸5、6号机组运行时多次出现上导瓦温度间歇性普升的现象，期间机组有功负荷无变化，下导瓦、推力瓦和水导瓦温度无变化，机组振动摆度数据无异常波动。由于温度升高为间歇性发生，且为所有测点普升，故可以排除轴瓦间隙调整不当、主轴偏心、机组承受不平衡力等造成产热上升的主要因素。机组上导瓦实测间隙均为0.31mm，符合相关规定。本文将重点从热交换环节进行分析。

3原因分析 导瓦温度上升原因较多，若以产热增加为主线进行分析可以大致概括为大轴偏心、电磁不平衡力、水力不平衡力、振动摆度超限、轴领与导瓦间隙过小、瓦面平整度不够等【2】【3】。若以热量交换为主线进行分析可以分为冷却水压力、温度、流量不满足要求，油质劣化，环境因子变化等。值得一提的是该电站机组技术供水主用水源取至本机蜗壳，对应上游库区中层水层，其温度基本恒定。

如前所述，若导瓦温度上升原因为大轴偏心运行、电磁不平衡力、水力不平衡力、振动摆度超限等，三部轴承瓦温均会有不同程度的上升。若导瓦温度上升原因为轴领与导瓦间隙过小、瓦面平整度不够、油质劣化，上导瓦温会呈现为持续性异常升高，而非周期性升高（低于报警值）。所以某水电站左岸5、6号机组上导瓦温度周期性普升的原因可以初步限制在冷却条件和环境因子变化中。

大型发电机定子线圈介质损耗因数测量方法研究

摘要：发电机定子线圈介质损耗因数（tanδ）的大小与定子线圈绝缘的固化程度，气隙含量，材料等有关，是检验发电机定子线棒制造质量好坏的依据。定子线圈介质损耗因数的大小不仅影响线圈本身寿命，同时也对发电机整体绝缘寿命产生至关重要的影响。

关键字：大型发电机；介质损耗；因数测量

1、测试理论

线圈绝缘在不同电压下的损耗因数是发生在绝缘结构中诸多现象的最终结果。利用不同电压下介质损耗因数的测试和数据分析可以评定绝缘系统的优劣。介质损耗因数的抬头值tanδ0.2UN用于评判绝缘系统的固化状态。如果固化完全则抬头值通常与被测绝缘系统材料一致。tanδ0.2UN越小表明绝缘材料越好，绝缘结构内部固化程度越高；如果tanδ0.2UN明显高于正常值说明线圈的绝缘结构内部有异常，如绝缘材料成分异常或内部固化不完全。随着电压的升高，线圈的tanδ将会发生变化。固体绝缘中的某些缺陷，如树脂固化未完全、离子杂质成分污染、绝缘分层、浸渍未完全、粘接不牢固以及较大的空间放电损耗，都可能引发tanδ值随电压变化的增加或减小。tanδ是反映绝缘介质损耗大小的特性参数，与绝缘体积大小无关。如果被测部位绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则，有时反应就不灵敏。被试绝缘的体积越大，或集中性缺陷所占体积越小，那么集中性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质中的比重就越小，总体的tanδ增加的也越少。

2、试验设备

2.1 高压电源。试验时使用的电源应为工频交流电源，电压波形为正弦波，电压频率为工业频率50/60Hz，电压额定容量应满足试品要求，电压振幅稳定性在±1.5%以内，电压波形畸变率应符合GB755的规定。

2.2 测量电桥。可使用手动或自动的测量电桥，电桥应能提供被测线圈（线棒）的介质损耗因数值和电容量。设备测试介质损耗因数的误差不应超过介质损耗因数的0.2%或测试值的10%，满足其一即可。测出tanδ值的精度应控制在±（0.1×10-3+0.1tanδ）范围内。读数应以百分之一单位记录，以利结果分析。在使用西林电桥时，采用正接法，应注意屏蔽和接地。